JP2013538989A - 電気化学作動バルブ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図10
Description
アンブレラバルブからの逃し圧力の低下
バルブは図8aに従って設計された。頂部と底部の鋼板は厚さ0.5mmであった。6本のM2ネジおよびナットでクランプ留めを達成した。アセンブリ全体(ネジおよびナットは含まず)の外側寸法は、25×15×4mmであった。シリコンゴム膜と出口穴との間のシーリング特性は、少量のシリコングリースを添加することによって向上した。入口を1バールの水素ガスに接続し、出口を質量流量制御器(毎分50mlに設定)に接続することによって、バルブのサイクリング機能性を検証した。電気的接触を介してバルブは以下のサイクルに曝露された、すなわち、+100mAで約2秒間(閉弁する)、開回路で約1秒間、+10mVで約3秒間(閉弁を維持する)、開回路で約1秒間、−100mAで約2秒間(再び開弁する)、開回路で3秒間。このサイクルを1500サイクル繰り返し、質量流量調整器を介したフロープロファイルを記録した。フロープロファイルは1500サイクル全体を通して類似しており、1400サイクル付近のフロープロファイルを図11に示す。バルブは良好に開閉し、バルブを開く際に見られるフローの変曲点は、質量流量制御器内部の流量調整に因る。1サイクルのエネルギー消費は約70mJであり、必要最大電力は約10mWであった。バルブを棚に20日間放置した後、実験を1000サイクル繰り返したが、本質的にガス流量は同一の結果となった。
Claims (30)
- 電気化学的に動作可能なアクチュエータ(101)において、
支持構造と;
前記支持構造に対してシールされて、コンパートメントを形成する可撓性膜と;
水素ガスまたは酸素ガスを生成して前記ガスを前記コンパートメントの内部に送り込むよう成された電気化学的手段と;を備え、
前記電気化学的手段は、電極を両側に有するイオン伝導膜と、電圧源と接続して前記電極間に電位を印加することを可能とする端末手段とを備えることを特徴とする電気化学的に動作可能なアクチュエータ(101)。 - 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、前記可撓性膜が別体のエンティティであることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、電気化学的手段は前記可撓性膜と一体化していることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記電気化学的手段が水素ポンプであることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記電気化学的手段が電解槽であることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、前記電気化学的手段は、水素ポンプおよび電解槽の両方として動作させられる/動作可能であることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記膜は、シリコンゴムまたはその他の非電気化学的で、不活性の箔で作製されることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項7に記載のアクチュエータにおいて、前記電気化学的手段が少なくとも部分的に前記膜に埋め込まれることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項4または請求項4に従属する請求項7または8に記載のアクチュエータにおいて、前記電気化学的手段は、膜電極アセンブリ(MEA)と、前記膜電極アセンブリ(MEA)の各側にあるガス拡散層(GDL)と、その各側にある集電器とを備えることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項3に記載のアクチュエータにおいて、
前記膜はイオン伝導性高分子膜(12)であり、アノード(16)電極およびカソード(15)電極を前記膜(12)の各々一側に配設することによって膜電極アセンブリ(MEA)を形成し;
前記電極(15,16)を電圧源に接続する手段
をさらに備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記膜は、スルホン化多環芳香族、ペルフルオロカーボン−スルホン酸イオノマー、スルホン化ポリオレフィン、およびスルホン化ポリスルホンからなるグループから選択した材料から作製されることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項10または11に記載のアクチュエータにおいて、前記膜は、吸湿性を有するカチオン伝導イオノマー、例えばプロトン伝導イオノマーであることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項10または11に記載のアクチュエータにおいて、前記膜は、吸湿性を有するアニオン伝導膜、例えば水酸化物イオン伝導膜であることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記電極上にガス拡散層(24a,24b)をさらに備えることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記電極(15,16;22a,22b)は、前記膜の領域の一部分だけを覆うことを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記カソードは、前記膜(12)の前記支持体(10)と対向する側に設けられ、前記アノードは前記膜の反対側に設けられることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項10〜15のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記アノードは、前記膜(12)の前記支持体(10)と対向する側に設けられ、前記カソードは前記膜の反対側に設けられることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記膜(12)のたわみが、どの程度であろうと前記支持体(10)の平面性に影響を及ぼしてはならないため、前記支持体(10)は実質的に前記膜よりも剛性が高いことを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記アクチュエータは1.5〜4Vの電圧によって通電されるよう成されることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜19のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記膜は、例えば前記膜内部のポリテトラフルオロエチン、つまりPTFE多孔質ネットワークによって機械的に支持されることを特徴とするアクチュエータ。
- 請求項1〜20のいずれか一項に記載のアクチュエータにおいて、前記膜に装着され、バルブ軸のような作動させる物体と接触するように位置決めされる剛性部材(19)があることを特徴とするアクチュエータ。
- バルブ機構(30)において、
バルブ軸(37)と;
バルブヘッド(37’)と;
前記バルブを第1の位置から第2の位置まで強制的に押すように配置されたばね(38)と;を備え、
請求項10〜21のいずれか一項に記載のアクチュエータは、前記膜(12)が前記バルブヘッド(37’)に隣接して位置するように配置され、それによって前記アクチュエータを作動させると、前記バルブを前記第1の位置から前記第2の位置まで強制的に押すことを特徴とするバルブ機構(30)。 - バルブ機構において、
複数の材料の層によって形成される支持構造と;
前記支持構造内に埋め込まれる、請求項1〜21のいずれか一項に記載のアクチュエータと;
動作中に前記アクチュエータから発生するガスを取り入れるために前記アクチュエータの一側と流体連通して前記支持構造の少なくとも一層に設けられるチャネルと;
前記支持構造の前記層のうちの1つの少なくとも一部を形成する可撓性膜であって、前記膜は、接着剤によって前記支持構造の一層に装着されるが、前記膜の一領域を前記一層に装着されないままにして前記一層と前記膜との間にコンパートメントを形成するようにし、前記コンパートメントと前記チャネルとの間に流体連通を提供するために前記一層に穴が設けられる可撓性膜と、を設けることを特徴とするバルブ機構。 - 請求項23に記載のバルブ機構において、前記膜は、ガスチャネル開口部の近傍に設けられ、前記アクチュエータの動作時に、前記膜が前記開口部を閉じることが可能であるようにすることを特徴とするバルブ機構。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載のアクチュエータを用いたバルブ作動方法において、水を電気分解するように前記アクチュエータを動作させることを含み、それによって前記アクチュエータの前記シールされたコンパートメント内部に水素または酸素を提供することを特徴とするバルブ作動方法。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載のアクチュエータを用いたバルブ作動方法において、前記アクチュエータの膜にわたっておよび前記アクチュエータの前記シールされたコンパートメント内へと水素ポンピングを発生させるように前記アクチュエータを動作させることを含むことを特徴とするバルブ作動方法。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載のアクチュエータを用いたバルブ作動方法において、水を電気分解するとともに水素ポンピングを発生させるように前記アクチュエータを動作させることを含み、それによって前記アクチュエータの前記シールされたコンパートメント内部に水素または酸素および水素を提供することを特徴とするバルブ作動方法。
- 請求項22に記載のバルブ機構を備える燃料電池アセンブリ。
- 請求項23に記載のバルブ機構を備える燃料電池アセンブリ。
- 請求項29に記載の燃料電池アセンブリにおいて、前記燃料電池が面内高分子電解質型燃料電池であり、前記アセンブリを構成する前記層のうちの少なくとも1つに前記バルブ機構が埋め込まれることを特徴とする燃料電池アセンブリ。
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